一種一體化探頭式光電水質多參數(shù)在線測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型專利涉及在線原位檢測設備，具體說是一種水質在線原位測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]伴隨著國民經濟的高速發(fā)展，經濟騰飛，生產力增加，我國的水體水質環(huán)境也遭受到了嚴重的破壞。工業(yè)廢水排放、通航增加及石油泄漏等原因引起水體富營養(yǎng)化及烴類含量增加，導致水體中浮游植物過量，引起近些年近海水域赤潮頻發(fā)，并且過量的浮游植物耗盡水中的溶解氧，導致大量水中生物頻繁死亡等。在水產養(yǎng)殖、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生和科學研宄領域中，需要實時掌握水體中的各項參數(shù)變化情況，以便進行監(jiān)測和控制。傳統(tǒng)的化學方法依賴于化學反應，很難徹底擺脫復雜結構、消耗試劑、易造成二次污染等固有不足，并且測量周期長，越來越難以滿足社會發(fā)展的需要。光譜法不需要任何化學試劑，對水質本身沒有影響，而且不需要對水樣進行預處理，直接測量，檢測速度快，避免了繁瑣的步驟。目前光譜法測量水體水質的儀器基本被西方發(fā)達國家壟斷，與其相比，我國的光譜法水體水質環(huán)境探測、傳感器技術落后，缺乏價格合理、可分析參數(shù)全面、實時、快速、精確的自主知識產權的傳感器分析儀器，這種局面嚴重制約了對水體水質環(huán)境的監(jiān)測與控制。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術中存在的上述方面的缺點，實現(xiàn)全面、實時、快速、精確測量水質藻類濃度、烴類含量、濁度各項參數(shù)變化情況，提供一種基于多波段熒光技術和散射測量技術，無需依賴于化學反應，幾乎不用維護，且不易受到外界干擾，使用方便的水質在線監(jiān)測系統(tǒng)。利用水體中藻類、烴類和濁度對光的熒光特性和散射特性，反演出水體中各參數(shù)的濃度。本實用新型的光源是一種新型的復合光源，主要由三類光源優(yōu)化組合而成。復合光源由控制電路統(tǒng)一控制，復合光源的LED (發(fā)光二極管)陣列組分由多個不同波長的LED光源組成，用于測量藻類濃度并進行分類；復合光源的LED和LD (激光二極管)組分包括一個用于測量烴類的LED光源和一個用于測量濁度的LD光源。復合光源采用一體化結構，密封在一個金屬殼體內，并做了耐壓防水處理。不同波長光源發(fā)射入射光進入待測樣品中，在其光路垂直方向獲取熒光及散射信號。通過獲取的不同信號與水質中成分之間的關系反演出待測樣品中各參數(shù)的具體濃度。
[0004]具體技術方案如下:
[0005]一種一體化探頭式光電水質多參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于:包括控制與數(shù)據(jù)采集單元和光學系統(tǒng)單元；
[0006]所述控制與數(shù)據(jù)采集單元包括上位機、控制與數(shù)據(jù)采集單元、采集器件；
[0007]所述光學系統(tǒng)單元包括光源和光路及濾光系統(tǒng)，光源包括左光源和右光源，左光源為一組多個不同波長的LED光源組成的LED陣列；紫外LED光源和近紅外LD光源組成右光源；上位機通過控制與數(shù)據(jù)采集單元控制光源發(fā)出所需的不同波長光照射待測水體，激發(fā)待測水體物質發(fā)出熒光及散射光信號；
[0008]濾光系統(tǒng)包括旋轉式自動濾光片切換系統(tǒng)，所述旋轉式自動濾光片切換系統(tǒng)通過控制步進電機轉動來帶動旋轉濾光片轉動，根據(jù)激發(fā)信號的不同，由上位機控制選擇不同的濾光片進行濾光，光信號通過濾光片后到達采集器件，采集器件用來將熒光及散射光信號快速采集；
[0009]上位機根據(jù)采集器件獲得的散射光信號進行濁度補償，結合熒光信號反演出藻類及烴類濃度。
[0010]所述左光源為呈環(huán)形分布的低功耗LED陣列，光源的波長范圍為370nm — 650nm，所述LED陣列和凹槽側面垂直安裝于探頭內；右光源為LED和I個LD組合光源，此組兩個光源也與凹槽側面垂直，并排安裝于探頭另一側；紫外LED燈用于激發(fā)烴類發(fā)出熒光信號，近紅外LD燈用于激發(fā)水體獲得濁度信號，待測水體的范圍包括淡水、海水等各類水域。
[0011]整個浸入式探頭結構包括電纜接頭、外殼、控制與數(shù)據(jù)采集單元、步進電機、旋轉濾光片、采集器件、上透鏡、上視窗、待測水體、左視窗、左透鏡、左光源、右視窗、右透鏡、右光源、溫度傳感器、壓力傳感器、進水孔；所述光路分兩路，一路為370nm-650nm的多個LED陣列，另一路為I個紫外LED和LD ;多個發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光經左透鏡和左視窗照射待測水體；另一路光經過右透鏡和右視窗照射待測水體；激發(fā)光信號經其入射90°方向的上視窗、上透鏡和旋轉濾光片被采集器件采集。
[0012]濾光系統(tǒng)為旋轉式自動濾光片切換系統(tǒng)，旋轉濾光片包括基體、濾光片A、濾光片B、旋轉軸、圓孔；步進電機通過旋轉軸與旋轉濾光片相連，通過步進電機轉動帶動旋轉濾光片轉動。
[0013]本實用新型的優(yōu)點是:
[0014]1、采用光譜法不需要任何化學試劑，對水質本身沒有影響，而且不需要對水樣進行處理，直接測量，檢測數(shù)據(jù)快，避免了繁瑣的步驟。
[0015]2、米用LED和LD組成復合光源，可激發(fā)焚光及散射光信號，同時完成對水質中多種藻類的分類及濃度檢測、烴類的含量以及濁度的在線檢測。同時具備濁度補償功能，根據(jù)測量散射光信號對藻類及烴類進行濁度補償，實現(xiàn)實時、快速、精確了解水質各項參數(shù)變化情況。
[0016]3、可根據(jù)實際需要單獨選擇所需光源進行單獨精確檢測，滿足不同環(huán)境監(jiān)測的需要。
[0017]4、濾光片自動切換，由于采用復合光源對水體進行照射，同時測量多個參數(shù)，激發(fā)的光信號不同。通過控制步進電機轉動來帶動旋轉濾光片轉動，根據(jù)激發(fā)信號的不同，選擇合適的濾光片對激發(fā)光信號進行濾光，以減少其他光信號對測量參數(shù)的影響；
[0018]本實用新型的技術效果:
[0019]一體化探頭式水質多參數(shù)在線監(jiān)測方法與系統(tǒng)，采用光譜法測量，可實現(xiàn)對水質直接測量，檢測速度快，避免繁瑣的步驟，同時不需要化學試劑，避免對水質的二次污染。采用復合光源作為光源，可獲取熒光及散射光信號，同時完成對水質中多種藻類的分類及濃度檢測、烴類的含量以及濁度的在線檢測，實現(xiàn)實時、快速、精確了解水質各項參數(shù)變化情況。提高環(huán)境部門對水質各項參數(shù)的監(jiān)測技術水平，為有效預防水體污染提供有力的技術支撐?！靖綀D說明】:
[0020]圖1是浸入式探頭的剖面結構示意圖；
[0021]圖2是旋轉濾光片的俯視結構示意圖。
[0022]圖3是左光源正視結構示意圖。
[0023]圖4是右光源正視結構示意圖。
[0024]圖5是本實用新型裝置的工作流程示意圖；
【具體實施方式】
[0025]參見圖1-圖5，本實用新型包括控制與數(shù)據(jù)采集單元和光學系統(tǒng)單元?？刂婆c數(shù)據(jù)采集單元包括上位機、控制與數(shù)據(jù)采集單元、采集器件，光學系統(tǒng)單元包括光源和光路，光源采用復合光源。
[0026]復合光源包括左光源12和右光源15，左光源12為一組多個不同波長的LED光源1201 —1206組成的LED陣列，紫外LED光源1501和近紅外LD光源1502組成右光源15，上位機通過控制與數(shù)據(jù)采集單元3控制光源發(fā)出所需的不同波長光照射待測水體，激發(fā)待測水體物質發(fā)出熒光及散射光信號；
[0027]濾光系統(tǒng)設計成旋轉式自動濾光片切換系統(tǒng)，通過控制步進電機4轉動來帶動旋轉濾光片5轉動，根據(jù)激發(fā)信號的不同，選擇合適的濾光片進行濾光，光信號通過濾光片后到達采集器件6，采集器件6將熒光及散射光信號快速采集；
[0028]采集獲得的光信號通過數(shù)據(jù)處理模塊完成對所需數(shù)據(jù)的處理，最后在上位機上顯示出需要的信息。
[0029]所述左光源12為呈環(huán)形分布的低功耗LED陣列，光源的波長范圍為370nm-